Point sur le recyclage des composites thermodurcissables Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux

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1 Les matières plastiques, recyclabilité et écoconception Point sur le recyclage des composites thermodurcissables Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux Frédéric Ruch- Cetim-Cermat ( [email protected]) Strasbourg, le 5 octobre 2011

2 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables Sommaire 1. Les composites en quelques chiffres 2. L impératif du recyclage 3. Les options techniques 4. La co-incinération en cimenterie(valorisation matière + énergie) 5. La revalorisation des fibres de carbone(information) 6. Perspectives

3 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 1. Les composites en quelques chiffres Production mondiale de composites : 7,6 millions de tonnes Répartition géographique Répartition par activité Auto/transport

4 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 1. Les composites en quelques chiffres (suite) Volume total des déchets pour l Europe (en t) Déchets en fin de vie Déchets de production

5 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 1. Les composites en quelques chiffres (suite) LasituationenFrance:30000tonnesdedéchetsparan. Flux de déchets industriels Répartition des déchets par type Verre/polyester Verre/époxy Autres Source : Techniques de l ingénieur

6 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 1. Les composites en quelques chiffres (suite) La situation en France: focus sur la région Rhône-Alpes Flux de déchets industriels 90% des déchets proviennent de 20% des entreprises L analyse des flux de déchets est nécessaire à l établissement d une stratégie de R&D adaptée Source : Techniques de l ingénieur

7 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 2. L impératif du recyclage L Union européenne a hiérarchisé les solutions techniques existantes, par ordre décroissant: Réduction de la masse des déchets par prévention, à la source lors de la production Réutilisation des produits Recyclage des matériaux Recyclage d une partie des constituants des matériaux Incinération des déchets Avec valorisation matière et énergétique Avec valorisation énergétique seulement Sans valorisation énergétique Mise en décharge

8 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 3. Les options techniques Procédés de recyclage et de valorisation des matériaux composites organiques Source : Techniques de l ingénieur

9 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 3. Les options techniques Déchets composites (production & fin de vie) Chimique Thermique (hors incinération) Mécanique Incinération Mise en décharge Matière Matière + énergie Matière Matière + énergie X Energie Energie A ce jour, 90% des déchets de production en composites à matrice thermodurcissable sont mis en décharge

10 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 3. Les options techniques Déchets composites (production & fin de vie) Chimique Thermique (hors incinération) Mécanique Incinération Mise en décharge Matière Matière + énergie Matière Matière + énergie X Energie Energie A ce jour, 90% des déchets de production en composites à matrice thermodurcissable sont mis en décharge

11 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 4. La co-incinération en cimenterie(valorisation matière+énergie) Limite: formulations spéciales requises, sur des lots homogènes Source ECRC

12 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 5. La revalorisation des fibres de carbone(information)

13 Point sur le recyclage des composites thermodurcissables 6. Perspectives a. Développement du recyclage matière fortement conditionné par l existence d applications en aval b. Le potentiel de réutilisation des fibres de carbone et de verre est démontré c. L utilisation de recyclats sous forme de charges reste limitée (plan technique et économique) d. Valorisation de sous-produits chimiques issus du recyclage est en cours d exploration(viabilité économique à démontrer)

14 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux Sommaire 1. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi? 2. Queltypederésine,pourqueltypederenfort? 3. Présentation des technologies de mise en œuvre 3.1 L enroulement filamentaire(principe/illustration) 3.2 La thermocompression(principe/illustration) 3.3 La pultrusion(principe/illustration)

15 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 1. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi? Matériau composite: association d un polymère et d un renfort(continu). Si les renforts peuvent être variés, jusqu à un passé récent les résines employées étaient essentiellement thermodurcissables. Production annuelle de déchets composites(t) Verre-polyester Verre-époxy Autres Source Technique de l ingénieur

16 1. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi?(suite) Résines thermodurcissables Avantages: Coût Durabilité Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux Inconvénients: Emission de COV au cours de la mise en œuvre Assemblages par collage délicats Faibles cadences Difficultés de recyclage des déchets industriels, comme des produits en fin de vie (durcissement de la règlementation dû à la saturation des CET) Résines thermoplastiques Avantages : Absence d émission de COV au coursdelamiseenœuvre Facilité d assemblage Temps de cycle court (fonction des procédés) Potentialités de recyclage Possibilité de formage à chaud Inconvénients : Choix limité de résines disponibles, à l échelle industrielle Vigilance sur la qualité de l interface fibre-matrice

17 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 1. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi?(suite) Soudage par injection de courant Soudage Laser InterCarnot-Fraunhofer Probadur Project

18 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 2. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi?(suite) Clinchage/ Collage projet MP32

19 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 2. Les composites à matrice thermoplastique: pourquoi?(suite) Raisonner mécano-soudage Disposer de procédés de transformation adaptés aux séries Se placer dans un environnement durable Source Sigma Possibilité de disposer de matériaux fonctionnels Matériaux composites amortissants Matériaux diffusant l information (mécatronique) Source EPL

20 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 3. Queltypederésinepourqueltypederenfort? Résines : PPS poly(sulfure de phénylène), PEI (polyétherimide), PAI (polyamide-imide), les PEEK [poly(éther éther cétone)] Semi-produits Plus récemment : PP, PET, PA, PLA Les renforts : verre, carbone, aramide, lin, chanvre Eolienne (tissu technique comélé lin/pla) Coque de téléphone portable en lin/pa

21 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 4.1 L enroulement filamentaire(principe/illustration) Cadence : 1 heure à 1 jour (1m/s) Avantage/thermodurcissable : absence de séjour en autoclave à l issue de l enroulement.

22 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 4.2 La thermocompression(principe/illustration) Prévision Formage Cadence: pièces/heure

23 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux 4.3 La pultrusion(principe/illustration) Développement de différentes technologies: Prepreg sec / polymères fluides Verrous - Matériaux - Design de filière - Friction - Température - Simulation process Cadence : 1-2m/min.

24 Nouveaux matériaux : les composites thermoplastiques structuraux MERCI POUR VOTRE ATTENTION!! F. Ruch ( [email protected]) Cetim-Cermat 21, rue de Chemnitz BP Mulhouse